(13)B1 PL B1. (54) Sposób oraz urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości BUP 21/ WUP 04/99

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (13)B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl6 G01B 5/20 (54) Sposób oraz urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 21/96 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/99 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Łódzka, Łódź, PL (72) Twórcy wynalazku: Józef Kaczmarek, Łódź, PL Andrzej Koziarski, Łódź, PL Krzysztof Krawiecki, Łódź, PL (74) Pełnomocnik: Bałczewski Zbigniew W., Politechnika Łódzka PL B1 1.(57)Sposób pomiaru odchyłek okrągłości, w którym mierktórego dokonuje się pomiaru przemieszczeń profilu tego zony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy, podczas przedmiotu 1 przy użyciu wyników tego pomiaru określa odchyłki okrągłości, znamienny tym, że mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy równocześnie z pierścieniem wzorcowym, następnie dokonuje się równoczesnego pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu i przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego podczas ich wspólnego obrotu, po czym na podstawie uzyskanych ciągów wartości liczbowych obydwu pomiarów, przy pomocy odpowiedniego algorytmu obliczeniowego, określa się wartość i kątowe położenie błędu mimośrodowego usytuowania mierzonego przedmiotu, eliminuje ten błąd, określa kątowy rozkład odchyłek okrągłości mierzonego przedmiotu oraz sumaryczny błąd okrągłości mierzonego przedmiotu 2. Urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości, wyposażone w obrotowe wrzeciono ułożyskowane w tulei łożyskowej 1 połączone z mechanizmem napędu, zawierające także czujniki pomiarowe, mechanizm przesuwu pionowego oraz komputerowy wskaźnik odchyłki okrągłości, znamienne tym, że na wrzecionie (1) ułożyskowanym wewnątrz łożyskowej tulei (2) w łożysku aerostatycznym, nad łożyskującą tuleją (2), jest osadzony dodatkowo wzorcowy pierścień (4), czujniki (5 i 6), z których jeden czujnik (5) jest przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego (4), zaś drugi czujnik (6) z końcówką z materiału odpornego n a ścieranie, jest przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu (7), są połączone, poprzez wzmacniacze pomiarowe (10 i 11), z komputerem (12), z którym jest także złączony transoptor szczelinowy (13), przy czym czujnik (6) do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu jest wyposażony w mechanizm (8) przesuwu pionowego i mechanizm (9) przesuwu poziomego. Fig 1

2 Sposób oraz urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób pomiaru odchyłek okrągłości, w którym mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy, podczas którego dokonuje się pomiaru przemieszczeń profilu tego przedmiotu i przy użyciu wyników tego pomiaru określa odchyłki okrągłości, znamienny tym, że mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy równocześnie z pierścieniem wzorcowym, następnie dokonuje się równoczesnego pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu i przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego podczas ich wspólnego obrotu, po czym na podstawie uzyskanych ciągów wartości liczbowych obydwu pomiarów, przy pomocy odpowiedniego algorytmu obliczeniowego, określa się wartość i kątowe położenie błędu mimośrodowego usytuowania mierzonego przedmiotu, eliminuje ten błąd, określa kątowy rozkład odchyłek okrągłości mierzonego przedmiotu oraz sumaryczny błąd okrągłości mierzonego przedmiotu. 2. Urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości, wyposażone w obrotowe wrzeciono ułożyskowane w tulei łożyskowej i połączone z mechanizmem napędu, zawierające także czujniki pomiarowe, mechanizm przesuwu pionowego oraz komputerowy wskaźnik odchyłki okrągłości, znamienne tym, że na wrzecionie (1) ułożyskowanym wewnątrz łożyskowej tulei (2) w łożysku aerostatycznym, nad łożyskującą tuleją (2), jest osadzony dodatkowo wzorcowy pierścień (4), czujniki (5 i 6), z których jeden czujnik (5) jest przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego (4), zaś drugi czujnik (6) z końcówką z materiału odpornego na ścieranie, jest przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu (7), są połączone, poprzez wzmacniacze pomiarowe (10 i 11), z komputerem (12), z którym jest także złączony transoptor szczelinowy (13), przy czym czujnik (6) do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu jest wyposażony w mechanizm (8) przesuwu pionowego i mechanizm (9) przesuwu poziomego. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości. Z polskiego opisu patentowego nr jest znany przyrząd do pomiaru odchyłek okrągłości, wyposażony w zespół pomiarowy, który stanowi nieruchomy stolik wyposażony w mechanizm przesuwu pionowego, umieszczony wewnątrz stolika ruchomego, którego górną część stanowi prowadnica pierścieniowa, na której są zamocowane pryzma oraz uchwyty z czujnikami pomiarowymi. Nadto przyrząd jest wyposażony w zespół napędowy, który stanowi wrzeciono obrotowe i jednocześnie przesuwne w kierunku pionowym, zamocowane nad zespołem pomiarowym, współosiowo ze stolikiem nieruchomym, zaopatrzone od dołu w zabierak, zaś od góry - w mechanizm regulacji siły docisku zabieraka do powierzchni czołowej elementu mierzonego. Niedogodnością stosowania tego urządzenia jest konieczność wymiany pryzmy w zależności od średnicy mierzonych przedmiotów oraz spodziewanego charakteru rozkładu odchyłek ich okrągłości. Nadto łożyskowanie obrotowego wrzeciona może mieć wpływ na dokładność pomiaru. Znane jest także urządzenie do pomiaru odchyłek odkrągłości, wyposażone w stół współrzędnościowy do mocowania mierzonego przedmiotu, nad którym jest umieszczone wrzeciono obrotowe ułożyskowane w tulei, wyposażone od dołu w końcówkę pomiarową, połączone poprzez komputerowy wskaźnik odchyłki okrągłości, z rejestratorem profilu mierzonego przedmiotu oraz wskaźnikiem osiowego ustawienia mierzonego przedmiotu. Niedogodnością stosowania tego urządzenia jest konieczność odpowiedniego ustawienia mierzonego przedmiotu względem wrzeciona, a mianowicie takiego, aby oś tego przedmiotu pokrywała się z osią wrzeciona. Takie ustawienie mierzonego przedmiotu jest operacją czasochłonną i kłopotliwą.

3 Nadto przyrząd nie znajduje zastosowania do pomiaru odchyłek okrągłości ściernic i jest trudno dostępny ze względu na wysoką cenę. Znane są sposoby dwu- i trójpunktowe oraz sposoby bezodniesieniowe pomiaru odchyłek okrągłości. Sposoby te polegają na wprawieniu mierzonego przedmiotu w ruch obrotowy, podczas którego mierzy się i rejestruje odchyłki okrągłości. Badany przedmiot wprawia się w ruch obrotowy ręcznie bądź za pomocą obrotowego wrzeciona. W przypadku stosowania wrzeciona mierzony przedmiot ustawia się do pomiaru tak, by jego oś pokrywała się z osią wrzeciona bądź tak, by dotykał swoją powierzchnią pryzmy uprzednio dobranej w zależności od średnicy mierzonego przedmiotu i spodziewanego charakteru rozkładu odchyłek okrągłości i odpowiednio ustawionej względem osi wrzeciona. Ręczny obrót badanego przedmiotu powoduje, iż uzyskiwane wyniki pomiarów są obarczone błędem, natomiast operacje ustawienia mierzonego przedmiotu w osi wrzeciona oraz doboru, wymiany i ustawienia pryzmy są kłopotliwe i czasochłonne. Sposób pomiaru odchyłek okrągłości, w którym mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy, podczas którego dokonuje się pomiaru przemieszczeń profilu tego przedmiotu i przy użyciu wyników tego pomiaru określa odchyłki okrągłości, według wynalazku polega na tym, że mierzony przedmiot wprawia się w ruch obrotowy równocześnie z pierścieniem wzorcowym, po czym dokonuje się równoczesnego pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu i przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego podczas ich wspólnego obrotu i na podstawie uzyskanych ciągów wartości liczbowych obydwu pomiarów, przy pomocy odpowiedniego algorytmu obliczeniowego, określa się wartość i kątowe położenie błędu mimośrodowego usytuowania mierzonego przedmiotu, eliminuje ten błąd, określa kątowy rozkład odchyłek okrągłości mierzonego przedmiotu oraz sumaryczny błąd okrągłości mierzonego przedmiotu. Urządzenie do pomiaru odchyłek okrągłości, wyposażone w obrotowe wrzeciono ułożyskowane w tulei łożyskowej i połączone z mechanizmem napędu, czujniki pomiarowe, komputerowy wskaźnik odchyłek okrągłości oraz mechanizm przesuwu pionowego, według wynalazku charakteryzuje się tym, na wrzecionie ułożyskowanym wewnątrz tulei w łożysku aerostatycznym, nad tuleją łożyskującą, jest osadzony pierścień wzorcowy. Czujniki, jeden do pomiaru przemieszczeń profilu pierścienia wzorcowego, zaś drugi, z końcówką z materiału odpornego na ścieranie, do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu, są połączone, poprzez wzmacniacze pomiarowe, z komputerem. Z komputerem jest także złączony transoptor szczelinowy. Czujnik do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu jest wyposażony w mechanizm przesuwu pionowego i mechanizm przesuwu poziomego. Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają łatwy i szybki pomiar odchyłek okrągłości z dokładnością 0,5 ( μm w czasie zaledwie 40 s. W urządzeniu wyeliminowano zarówno konieczność odpowiedniego ustawienia mierzonego przedmiotu względem osi wrzeciona jak również konieczność doboru i wymiany pryzmy, co znacznie ułatwia i upraszcza pomiar. Ułożyskowanie wrzeciona w łożysku aerostatycznym eliminuje błędy pomiaru odchyłek okrągłości wynikające z występowania ruchów drgających, towarzyszących bardzo małym prędkościom obrotowym. Zastosowanie pierścienia wzorcowego i pomiaru przemieszczeń jego profilu eliminuje, ewentualne błędy ruchu wrzeciona w łożysku aerostatycznym. Urządzenie według wynalazku znajduje zastosowanie zarówno do pomiaru odchyłek okrągłości ściernic jak i innych przedmiotów o profilu okrągłym, a także może być wykorzystane do pomiaru odchyłek okrągłości profili zbliżonych do okrągłych, na przykład krzywek tarczowych. Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia do pomiaru odchyłek okrągłości, zaś fig. 2 i 3 wykresy uzyskane w wyniku realizacji sposobu pomiaru odchyłek okrągłości. Ściernicę 7, zamocowaną na wrzecionie 1 nad wzorcowym pierścieniem 4, i wzorcowy pierścień 4 wprawiono w ruch obrotowy za pomocą mechanizmu 3. Podczas ich wspólnego obrotu dokonywano równoczesnego pomiaru przemieszczeń profilu: ściernicy 7 przy pomocy czujnika 5 i wzorcowego pierścienia 4 przy pomocy czujnika 6. Ciągi wartości liczbowych uzyskane z pomiarów ściernicy i wzorcowego pierścienia 4, odpowiednio wzmocnione we wzmacniaczach 10 i 11 oraz sygnały rozpoczęcia i zakończenia pomiarów z transoptora 13, wprowadzono do komputera 12, wyposażonego w odpowiedni algorytm obliczeniowy, w

4 wyniku czego uzyskano wykres profilu ściernicy 7 zawierający bicie promieniowe wraz z podaną wartością tego bicia oraz nałożony na ten wykres obraz rozkładu odchyłek okrągłości (fig. 2). Następnie komputer 12, dokonał obliczenia wartości odchyłki niewspółśrodkowości oraz kąta jej położenia, a po eliminacji tej odchyłki, dokonał obliczenia odchyłki okrągłości na całym obwodzie ściernicy 7 oraz sumarycznej odchyłki okrągłości. Jako wynik tych obliczeń uzyskano wykres rozkładu odchyłek okrągłości wraz z podaną wartością liczbową tej odchyłki, przedstawiony na fig. 3 rysunku. Urządzenie jest wyposażone w obrotowe wrzeciono 1 ułożyskowane wewnątrz tulei łożyskowej 2 w aerostatycznym łożysku poprzeczno-wzdłużnym. Wrzeciono 1 jest połączone z zespołem napędowym 3. Na wrzecionie 1, nad tuleją 2, jest osadzony wzorcowy pierścień 4. Urządzenie jest wyposażone w dwa czujniki indukcyjne 5 i 6, z których jeden czujnik 5 jest przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu wzorcowego pierścienia 4. Drugi czujnik 6, z szafirową końcówką pomiarową, przeznaczony do pomiaru przemieszczeń profilu mierzonego przedmiotu 7, jest wyposażony w mechanizm 8 przesuwu pionowego i mechanizm 9 przesuwu poziomego. Czujniki 5 i 6 są połączone elektrycznie z pomiarowymi wzmacniaczami 10 i 11, z których każdy jest wyposażony w interfejs do współpracy z komputerem 12. Urządzenie zawiera transoptor szczelinowy 13, także połączony elektrycznie z komputerem 12. W celu dokonania pomiaru mierzony przedmiot 7 zamocowuje się na wrzecionie 1 nad wzorcowym pierścieniem 4, po czym ustala się, przy pomocy mechanizmu 8, miejsce pomiaru odchyłek okrągłości wzdłuż tworzącej przedmiotu 7. Przy pomocy mechanizmu 9 ustawia się czujnik indukcyjny 6 tak, aby dotykał przedmiotu 7, zaś zakres pomiaru czujnika 6 ustawia się w pobliżu środka skali zakresu pomiarowego widocznego na wzmacniaczu 11. Następnie włącza się komputer 12 i mechanizm 3 napędu wrzeciona 1.

5 Fig. 2. Fig. 3

6 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł